[發(fā)明專利]一種預(yù)測(cè)塑料齒輪嚙合溫度場(chǎng)的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110504127.7
• 申請(qǐng)日: 2021-05-10
• 公開（公告）號(hào): CN113435001B
• 公開（公告）日: 2022-09-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李開星;徐戊矯;童靜;劉承尚;劉旻瑤
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 重慶大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F30/20
• 分類號(hào): G06F30/20;G06F119/08
• 代理公司: 重慶縉云專利代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 50237
• 代理人: 王翔;馬健

發(fā)明提供一種預(yù)測(cè)塑料齒輪嚙合溫度場(chǎng)的方法。該方法包括以下塑料齒輪嚙合產(chǎn)熱過程的仿真分析、塑料齒輪嚙合熱流傳播過程的仿真分析、獲得迭代更新后的接觸齒面節(jié)點(diǎn)上的產(chǎn)熱功率和每個(gè)單元的產(chǎn)熱功率密度等步驟。該方法可以直觀地預(yù)測(cè)塑料齒輪的嚙合溫度場(chǎng)分布結(jié)果，從而避免實(shí)際產(chǎn)品實(shí)驗(yàn)所產(chǎn)生的高昂設(shè)備與時(shí)間成本，縮短塑料齒輪產(chǎn)品的開發(fā)周期。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種預(yù)測(cè)塑料齒輪嚙合溫度場(chǎng)的方法。

背景技術(shù)

齒輪傳動(dòng)是機(jī)械傳動(dòng)中應(yīng)用最廣泛的傳動(dòng)方式。隨著新材料的發(fā)展，制作齒輪的材料已不再局限于金屬材料。塑料齒輪具有低噪音、輕量化、易于保養(yǎng)和自潤(rùn)滑性等優(yōu)勢(shì)。近年來，塑料齒輪在實(shí)際經(jīng)濟(jì)生活中得到廣泛應(yīng)用。

然而，塑料在作為動(dòng)力承載元件使用時(shí)，不但有摩擦生熱，還會(huì)有粘彈性滯后能耗生熱，力學(xué)性能具有很強(qiáng)的溫度依賴性。隨著嚙合接觸過程產(chǎn)生的熱流促使塑料輪齒溫度不斷增加，尤其是由于塑料自身的低導(dǎo)熱能力而導(dǎo)致齒面接觸區(qū)局部溫度飆升，會(huì)導(dǎo)致輪齒承載能力嚴(yán)重不足和齒面的急劇磨損，甚至輪齒的局部軟化。

因此，亟需開發(fā)出一種能夠較為準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)塑料齒輪嚙合溫度場(chǎng)的方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種預(yù)測(cè)塑料齒輪嚙合溫度場(chǎng)的方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題。

為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的而采用的技術(shù)方案是這樣的，一種預(yù)測(cè)塑料齒輪嚙合溫度場(chǎng)的方法，包括以下步驟：

1)仿真分析塑料齒輪嚙合的產(chǎn)熱過程，計(jì)算得出接觸齒面節(jié)點(diǎn)上的產(chǎn)熱功率和每個(gè)網(wǎng)格單元的產(chǎn)熱功率密度。

2)將步驟1)計(jì)算所得的接觸齒面節(jié)點(diǎn)產(chǎn)熱功率和單元產(chǎn)熱功率密度作為熱源參數(shù)，仿真分析塑料齒輪嚙合的熱流傳播過程，計(jì)算獲得塑料齒輪在一定嚙合周期內(nèi)的三維溫度場(chǎng)。

3)將步驟2)得到的三維溫度場(chǎng)作為迭代更新后的初始溫度條件，重復(fù)步驟1)～2)直至達(dá)到設(shè)定的嚙合周期數(shù)。獲得最終的嚙合溫度場(chǎng)分析結(jié)果。

進(jìn)一步，步驟1)具體包括以下步驟：

1.1)對(duì)塑料齒輪的三維模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分。

1.2)輸入塑料的材料性能參數(shù)。其中，所述材料性能參數(shù)包括彈性模量、泊松比、Prony級(jí)數(shù)、導(dǎo)熱系數(shù)、熱膨脹系數(shù)和比熱容。

1.3)輸入齒面接觸屬性參數(shù)。其中，所述齒面接觸屬性參數(shù)包括摩擦系數(shù)、接觸換熱系數(shù)和摩擦熱分配系數(shù)。

1.4)根據(jù)實(shí)際的嚙合工況，對(duì)塑料齒輪嚙合過程進(jìn)行分析。基于分析結(jié)果，計(jì)算接觸齒面節(jié)點(diǎn)上的產(chǎn)熱功率和每個(gè)單元的產(chǎn)熱功率密度。其中，接觸齒面節(jié)點(diǎn)上的產(chǎn)熱功率通過式(1)計(jì)算。每個(gè)網(wǎng)格單元的產(chǎn)熱功率密度通過式(2)計(jì)算。

q_f，n＝Q_f，n/t (1)

式中，q_f，n為接觸齒面節(jié)點(diǎn)的產(chǎn)熱功率。Q_f，n為接觸齒面節(jié)點(diǎn)上在一個(gè)嚙合周期中累積的摩擦熱。t為每個(gè)齒在每個(gè)嚙合周期中參與嚙合的時(shí)長(zhǎng)。

q_h，en＝ξ/t (2)

式中，q_h，en為每個(gè)網(wǎng)格單元在一個(gè)嚙合周期中的產(chǎn)熱功率密度。ξ為每個(gè)網(wǎng)格單元在每個(gè)嚙合周期中累積的黏彈性遲滯損耗熱密度。

進(jìn)一步，步驟1.1)中，將塑料齒輪三維模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分后導(dǎo)入仿真軟件或直接在三維仿真模型中對(duì)塑料齒輪三維模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分。

進(jìn)一步，步驟1.4)中，編寫python腳本計(jì)算接觸齒面節(jié)點(diǎn)上的產(chǎn)熱功率和每個(gè)單元的產(chǎn)熱功率密度。Q_f，n和t從塑料齒輪嚙合過程分析結(jié)果中提取。